[发明专利]一种物相可控的锰的氧化物制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种物相可控的锰的氧化物制备方法及应用，在水为溶剂的条件下，四水氯化锰提供锰源，葡萄糖提供碳源，在尿素存在的条件下，置于聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中水热反应，经离心、洗涤和干燥得到碳酸锰@碳的复合材料；将前驱体材料在不同条件下进行热解，从而得到不同的锰的氧化物。本发明合成前驱体的方法简单，来源丰富，价格低廉，并且通过不同条件得到的锰的氧化物比电容优异，循环稳定性良好。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料领域，具体涉及到一种物相可控的锰的氧化物制备方法及其在超级电容器中的应用。

背景技术

随着经济的快速发展，当前社会对能源的需求量变得越来越大。众所周知，传统能源的日益枯竭一方面会使人类对能源的争夺更为激烈，另一方面也会对环境造成巨大的压力，这就迫使人类开始寻找新能源，诸如太阳能、风能、潮汐能、核能这一些新能源。为了充分利用这些新能源，我们就需要开发设计一类兼具高能量密度和高功率密度的新型储能装置与之相匹配。

在众多的能源储存系统中，超级电容器由于具有高功率密度、优异的倍率性能、快速充放电和使用寿命长等一系列优点吸引了科研者们的广泛关注，同时超级电容器在高能量电子设备、医疗电子设备、汽车等领域具有广泛的应用。超级电容器的分类主要是基于能量储存原理，大致可以分为如下三大类：双电层电容器、法拉第电容器和混合型超级电容器。双电层电容器主要是基于电极表面与电解液之间形成双电层进行储能，其电极材料主要为碳材料；法拉第电容器是依靠电极表面快速的氧化-还原反应储能，其电极材料主要为金属氧化物和导电聚合物；而混合型电容器则是分别以电池材料和双电层材料为正负极进行储能。

在各类电极材料中，过渡金属氧化物由于成本较低且比电容高、功率密度大，引起了广泛地关注。在过渡金属氧化物中，锰的氧化物由于低成本、来源丰富、较高的理论电容、快速的氧化还原反应、多价态以及多晶型等众多优点而获得了更多的研究。但是，由于氧化锰本身较差的电子导电性，从而导致其电化学性能较差。同时，锰的氧化物不能达到其理论的电容值，这是由于其在电化学循环过程中溶解导致的。为了解决这一难题，对氧化锰进行改性或是将其微米、纳米化是理想的策略。

目前，很多方法用来合成或改性氧化锰，尽管应用于高性能超级电容器中的氧化锰取得了很大的进展，但是在所有的这些常用方法中，制备过程大多较复杂且消耗大量化学物质和能量。因此，开发具有高比电容和长循环寿命的氧化锰材料且成本较低、容易操作仍然是具有挑战性的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种物相可控的锰的氧化物制备方法，通过简单的一步水热反应法制备得到前驱体MnCO₃@C复合材料，再经不同条件煅烧热解可以分别得到四种不同的氧化锰。通过改变葡萄糖的用量来控制前驱体中碳的含量，葡萄糖添加量的不同进而会影响到前驱体的形貌和性能；这一制备方法步骤较为简单，通过改变热解条件可以分别得到四种不同的锰的氧化物，步骤简便，且溶剂为蒸馏水，绿色环保。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为:

一种物相可控的锰的氧化物制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、首先称量MnCl₂·4H₂O和尿素溶于去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌使其混合均匀；接着将葡萄糖加入混合溶液中，继续搅拌混合均匀；

步骤2、将上述混合溶液移入聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜中进行水热反应，反应完毕后，经离心后倒掉上层清液，得到下层沉淀，再用去离子水和无水乙醇分别洗涤数次后干燥，即得到前驱体碳酸锰@碳的复合材料；

步骤3、前驱体的热解：将前驱体碳酸锰@碳的复合材料在不同的条件下煅烧进行热解，分别得到α-MnO₂、Mn₂O₃、MnO和Mn₃O₄，具体的：